一種可用于機器視覺的集成型色調(diào)映射方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理領域，具體是一種可用于機器視覺的集成型色調(diào)映射方 法。
【背景技術】
[0002] 19世紀中期德國心理學家Weber提出了一個關于人體感知的著名的心理學實驗， 他使用閾值的方法測量人體對于重量的感知變化。首先給被測者一定重量的重物，然后不 斷的增加重量，直到被測者可以開始區(qū)分新重量為止。結果發(fā)現(xiàn)人體辨別輕重差異并非取 決于兩個重物的重量差異的絕對值，而是取決于該絕對值與某一設定重量值的比值。后來 的有關亮度感知，聲音感知等很多實驗都證明了該理論的正確性，最小差異的絕對值稱為 最小可辨閾（Just_Noticeable_Difference，JND)，該理論被稱為Weber定律。設JND為 A I，背景亮度為I，應用該定律對人眼的亮度感知建模得到：
[0003]
(公式 1)
[0004] 其中k是一個常數(shù)，稱為Weber分數(shù)。
[0005] Fechner基于Weber定律建立了刺激強度與感知量級之間的數(shù)學關系。Fechner 的目標是證明感知是可以被物理量化的。他在I860年發(fā)表了《心理物理學綱要》一書而被 稱為心理物理學之父。為了描述連續(xù)意義上心理量與物理量的關系，F(xiàn)echner在Weber研 究的基礎上提出了一個假設：將JND作為人體心理感知量值的單位，即每增加或減少一個 JND，人體的心理感知量值也相應的增加或減少一個單位。設s為人體的心理感知量值，于 是重寫（公式1)得：
[0006]
(公式 2)
[0007] Fechner將JND作為一個人體心理感知量值的單位，從而推導出從物理刺激強度 到感知量級的轉換。因為JND在刺激強度上遵循幾何級數(shù)的形式，一個對數(shù)變換將產(chǎn)生相 等的增量大小的JND。將（公式2)兩邊取對數(shù)得：
[0008]
(公式 3)
[0009] 其中A為積分常數(shù)。
[0010] 將物理變化量級轉換成感知量級稱為Weber-Fechner定律。簡單的說， Weber-Fechner定律給出感知的量級刺激與物理刺激強度的對數(shù)成正比，隨著圖像傳感器 件技術的不斷進步，采集可以記錄真實世界亮度值的高動態(tài)范圍（How_Dynamic_Range， HDR)圖像已經(jīng)成為現(xiàn)實。要將亮度范圍很寬的HDR圖像在不同的顯示設備上顯示，需要對 圖像數(shù)據(jù)進行色調(diào)映射處理，色調(diào)映射方法直接影響現(xiàn)實圖像的質量，因此，對色調(diào)映射方 法進行研究，是保證HDR圖像高質量顯示的關鍵。
[0011] 色調(diào)映射不僅僅是保證映射結果像素值處于0-255之間，而是需要在特定的顯 示器上顯示令人滿意的內(nèi)容。因此，這些年來顯示技術的發(fā)展也是非常重要的（IXD，LED， e-paper，0LED，等尚子等）以及相對應的各種各樣的應用（家庭娛樂，手機，電子書，飛機座 艙等）。所有的這些顯示設備的峰值亮度，黑電平，動態(tài)范圍等參數(shù)顯著不同，而且隨著環(huán)境 光照條件的不同而顯示不同的性能。因此，經(jīng)過同一色調(diào)映射方法處理的同一幅HDR圖像 在不同的觀測條件下需要呈現(xiàn)不同的外觀。
[0012] 目前只有很少一部分色調(diào)映射方法考慮到了觀測條件的變化對HDR圖像觀測效 果的影響，而基于色貌模型的色調(diào)映射方法為了預測復雜場景圖像的色貌特征，采用了復 雜的計算模型，然而由于人眼生理學，心理學等研究的限制，基于該方法模型的色調(diào)映射方 法并非完美適應各種觀測條件，而且方法效率不高。
[0013] 人眼對于自然場景的觀察是將自然場景中的亮度值轉換成大腦皮層能夠感知的 神經(jīng)脈沖信號，我們稱為感知值。當人眼在顯示器上觀察經(jīng)過色調(diào)映射后的HDR圖像時，同 樣的會將顯示器上的亮度值轉換成感知值。如果想要使這兩種感知值匹配，那么色調(diào)映射 模型就必須包含兩個部分。第一個部分是模擬人眼將自然場景的亮度值轉為感知值，稱為 正向模型。第二部分是模擬人眼將第一部分的感知值轉為顯示器的亮度值，稱為反向模型。 即當人眼觀察顯示設備上的圖像時，是感知顯示設備上的亮度值，所以正向模型中得到的 感知值需要依據(jù)顯示設備的屬性變換到亮度值。在這里，顯示設備的屬性包括顯示設備的 峰值亮度，黑電平，以及環(huán)境亮度等。
[0014] 如果想要使色調(diào)映射方法達到自適應觀測條件的目的，則必須考慮反向模型，因 此本發(fā)明提出的方法是集成了正反雙向視覺感知的集成型色調(diào)映射模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明的目的在于提供一種觀測效果好、計算效率高的可用于機器視覺的集成型 色調(diào)映射方法，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0016] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0017] -種可用于機器視覺的集成型色調(diào)映射方法，具體步驟如下：
[0018] (1)將輸入的高動態(tài)范圍RGB圖像變換到CIEXYZ顏色空間：
[0019]
(公式 4)
[0020] (2)根據(jù)步驟⑴中的Y值得到正向模型中的感知值R :
[0021]
(公式 6)
[0022] 其中〇 A半飽和因子；
[0023] (3)根據(jù)R值、k值和c值得到反向模型的顯示亮度值Ld:
[0024] Ld= exp [k · (R-C)](公式 9)
[0025] 其中k和c都是常數(shù)；
[0026] (4)對顯示圖像進行顏色恢復：
[0027] Cout= Ld · (Cin/Y)s (公式 10)
[0028] 其中CciuJP C in分別表示顏色通道的輸出和輸入。
[0029] 作為本發(fā)明進一步的方案：所述半飽和因子σ b的計算方法如下：
[0030]
(公式 5)
[0031] 其中N為輸入圖像的像素點的個數(shù)。[0032] 作為本發(fā)明進一步的方案：所述常數(shù)k和c的計算方法如下：
[0033]
[0034]
[0035] 其中下標max和min分別表示該圖像矩陣的最大值和最小值。
[0036] 作為本發(fā)明進一步的方案：所述（公式10)中s的值為1。
[0037] 作為本發(fā)明進一步的方案：所述（公式5)中ε的值為10 6。
[0038] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0039] 本發(fā)明的色調(diào)映射方法計算效率較高，且本發(fā)明考慮了觀測條件的變化對HDR圖 像觀測效果的影響，在不同顯示設備條件下都可以達到比較好的觀測效果。
【具體實施方式】
[0040] 下面結合【具體實施方式】對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。
[0041] 一種可用于機器視覺的集成型色調(diào)映射方法，具體步驟如下：
[0042] (1)將輸入的高動態(tài)范圍RGB圖像變換到CIEXYZ顏色空間：
[0043]
(公式 4)
[0044] (2)確定半飽和因子〇b:
[0045]
(公式 5)
[0046] 其中N為輸入圖像的像素點的個數(shù)，ε = 10 6，ε防止圖像中存在像素點為〇的 情況。
[0049] (4)確定出參數(shù)k和c :
[0047] (3)根據(jù)步驟⑴中的Y值和步驟⑵中的半飽和因子σ b，得到正向模型中的感 知值R :
[0048] (公式 6)
[0050] CN 105139351 A m ~P 4/4 頁
[0051]
[0052] 其中下標max和min分別表示該圖像矩陣的最大值和最小值。
[0053] (5)根據(jù)R值、k值和c值得到反向模型的顯示亮度值Ld:
[0054] Ld= exp [k · (R-C)](公式 9)
[0055] (6)對顯示圖像進行顏色恢復：
[0056] Cout= Ld · (Cin/Y)s (公式 10)
[0057] 其中CciuJP C ιη分別表示顏色通道的輸出和輸入，該方程廣泛的應用于色調(diào)映射方 法當中，s = 1，可以調(diào)節(jié)飽和度。
[0058] 本發(fā)明的色調(diào)映射方法計算效率較高，且本發(fā)明考慮了觀測條件的變化對HDR圖 像觀測效果的影響，在不同顯示設備條件下都可以達到比較好的觀測效果。
[0059] 上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方 式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下 作出各種變化。
【主權項】
1. 一種可用于機器視覺的集成型色調(diào)映射方法，其特征在于，具體步驟如下： (1)將輸入的高動態(tài)范圍RGB圖像變換到CIEXYZ顏色空間：(2 )根據(jù)步驟（1)中的Y值得到正向模型中的感知值R :其中〇b為半飽和因子； (3) 根據(jù)R值、k值和c值得到反向模型的顯示亮度值Ld:其中A和c都是常數(shù)； (4) 對顯示圖像進行顏色恢復：其中CciuJP C in分別表示顏色通道的輸出和輸入。2. 根據(jù)權利要求1所述的可用于機器視覺的集成型色調(diào)映射方法，其特征在于，所述 半飽和因子〇 b的計算方法如下：其中N為輸入圖像的像素點的個數(shù)。3. 根據(jù)權利要求1所述的可用于機器視覺的集成型色調(diào)映射方法，其特征在于，所述 常數(shù)k和c的計算方法如下：其中下標max和min分別表示該圖像矩陣的最大值和最小值。4. 根據(jù)權利要求1所述的可用于機器視覺的集成型色調(diào)映射方法，其特征在于，所述 (公式10)中s的值為1。5. 根據(jù)權利要求2所述的可用于機器視覺的集成型色調(diào)映射方法，其特征在于，所述 (公式5)中e的值為IO6。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可用于機器視覺的集成型色調(diào)映射方法，具體步驟如下：將輸入的高動態(tài)范圍RGB圖像變換到CIEXYZ顏色空間；確定半飽和因子σb；根據(jù)Y值和半飽和因子σb，得到正向模型中的感知值R；確定出參數(shù)k和c；根據(jù)R值、k值和c值得到反向模型的顯示亮度值Ld；對顯示圖像進行顏色恢復，該方程廣泛的應用于色調(diào)映射方法當中。本發(fā)明的色調(diào)映射方法計算效率較高，且本發(fā)明考慮了觀測條件的變化對HDR圖像觀測效果的影響，在不同顯示設備條件下都可以達到比較好的觀測效果。
【IPC分類】G06T5/00
【公開號】CN105139351
【申請?zhí)枴緾N201510494281
【發(fā)明人】梁磊, 莊永軍, 文康益, 蘭兵華, 徐東群
【申請人】旗瀚科技股份有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月12日